TWI581361B - Electrostatic chuck and electrostatic chuck manufacturing method - Google Patents

Electrostatic chuck and electrostatic chuck manufacturing method Download PDF

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Mitsuharu Inaba
Kensuke Taguchi
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Tocalo Co Ltd
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Description

靜電吸盤及靜電吸盤的製造方法
本發明是關於被組裝於半導體的製程所使用的半導體製造裝置的靜電吸盤(electrostatic chuck)與其製造方法。
近年來在半導體製程中，乾式蝕刻(dry etching)等的處理朝在真空或減壓下進行的乾式法(dry process)變化，在該製程中，提高圖案形成(patterning)時的晶圓(wafer)的定位精度很重要。因此，在晶圓的運送及/或固定時，採用了真空吸盤(vacuum chuck)及機械吸盤(mechanical chuck)。但是，當採用真空吸盤時，有因小的壓力差使得吸附效果少等的缺點，當採用機械吸盤時，有裝置變得複雜，維修保養檢查需要時間等的缺點。因此，為了彌補該等缺點，近年來利用靜電的靜電吸盤被廣泛地採用。
靜電吸盤是在陶瓷(ceramics)等的絕緣性構件之間配設由鎢等構成的電極而構成，以藉由直接將電壓施加於該電極而產生的庫侖力(Coulomb force)等吸附保持晶圓。因 在蝕刻時的晶圓有來自電漿(plasma)的熱輸入量(heat input)，故藉由靜電吸盤的接觸造成的熱傳導及/或冷卻氣體之導入到晶圓背面等而將晶圓冷卻並保持一定的溫度。
但是，在晶圓面內中存在電漿的密度的差異、冷卻氣體的流量分布(flow distribution)的差異，所以很難精度佳均勻地保持晶圓的面內溫度。因此，藉由使加熱器(heater)內裝於靜電吸盤，使晶圓的面內溫度成均勻而進行控制。例如於在晶圓產生溫度不均成同心圓狀的情形下，依照該溫度不均分割配置加熱器，藉由個別控制各加熱器以使晶圓的面內溫度差不產生。再者，於在一個反應室(chamber)實施複數個製程的多製程(multi-process)的情形下，藉由控制內裝於靜電吸盤的加熱器，使晶圓成為對各製程最佳的溫度。
例如在專利文獻1記載有：一種靜電吸盤，在厚度的變動於規定範圍內的綠片(green sheet)印刷電阻發熱元件(resistance heating element)用的導電糊(conductive paste)，接著將其他的綠片積層並使其進行燒成。在專利文獻2記載有：一種靜電吸附裝置，包含：形成於基材上之高電阻層；將導體熔射(thermal spraying)於該高電阻層內而形成之複數個加熱器；將導體熔射於高電阻層內而形成之複數個電極。
[專利文獻1]日本國特開2001-274229號公報
[專利文獻2]日本國特開2007-88411號公報
在專利文獻1的靜電吸盤中，需要用以將把綠片燒成的燒結構件接著於存在於冷卻水道內的金屬製基材的接著劑。因接著劑具有低的導熱性(thermal conductivity)，故例如降溫時的響應(response)非常低，再者因接著劑曝露於電漿而被消耗，故存在接著劑消耗的部分導熱性被損壞而無法冷卻之缺點。
在專利文獻2的靜電吸附裝置中，熔射導體形成加熱器或電極，而因在藉由熔射形成的加熱器中大體上體積電阻率(volume resistivity)高，故需盡可能使配線形狀變厚、變寬闊且變短以對應大電力。加熱器需在必要的區域到處配設，因此自然而然地成為長的配線，需更使配線形狀變厚、變寬闊而降低電阻值。但是，一使配線形狀變厚，覆蓋配線的陶瓷高電阻層也變厚，有因基材與藉由熔射形成的加熱器及陶瓷高電阻層的熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion)的差而在陶瓷高電阻層發生破裂或剝離之虞。由於一使配線形狀變寬闊，配線間距離就變小，因此形成例如推銷孔(pusher pin hole)及/或冷卻氣體孔的空間被限制。也就是說，如專利文獻2的靜電吸附裝置，當熔射導體形成加熱器或電極時，有設計的自由度非常低的問題。
因此，本發明是鑑於上述習知技術的問題點，其目的為提供一種不存在使用接著劑的情形下之如上述的缺點， 並且設計的自由度高之靜電吸盤及靜電吸盤的製造方法。
為了達成上述目的，採取以下的技術手段。
本發明的靜電吸盤，其特徵在於包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於前述基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的第一絕緣層；形成於前述第一絕緣層的晶圓保持側的表面之由導電性粒子的燒成體構成的加熱器部；形成於前述第一絕緣層及前述加熱器部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的第二絕緣層；形成於前述第二絕緣層的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜或導電性粒子的燒成體構成的電極部；以及形成於前述第二絕緣層及前述電極部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的介電層(dielectric layer)，前述加熱器部以5mm以下的線寬配線成細長狀，並且形成有前述加熱器部的前述第一絕緣層表面的表面粗糙度為Ra值6μm以下。
在本發明的靜電吸盤中，因複數層絕緣層及介電層由熔射塗膜構成，並且電極部藉由熔射形成或塗佈導電性糊而形成，故可不使用接著劑而在基材部配設複數層絕緣層、介電層及電極部。因加熱器部藉由將導電性糊塗佈於絕緣層的表面而形成，加熱器部由導體構成，故可降低加熱器部的體積電阻率。
本發明的靜電吸盤，其特徵在於包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於前述基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的絕緣層；形成於前述絕緣層的晶圓保持側的表面之由導電性粒子的燒成體構成的加熱器 部；形成於前述絕緣層的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜或導電性粒子的燒成體構成的電極部；以及形成於前述絕緣層、前述加熱器部及前述電極部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的介電層，前述加熱器部以5mm以下的線寬配線成細長狀，並且形成有前述加熱器部的前述絕緣層表面的表面粗糙度為Ra值6μm以下。
在本發明的靜電吸盤中，因絕緣層及介電層由熔射塗膜構成，並且電極部藉由熔射形成或塗佈導電性糊而形成，故可不使用接著劑而在基材部配設絕緣層、介電層及電極部。因加熱器部藉由將導電性糊塗佈於絕緣層的表面而形成，加熱器部由導體構成，故可降低加熱器部的體積電阻率。
前述加熱器部以5mm以下的線寬(line width)配線成細長狀較佳。若以5mm以下的線寬的加熱器部的話，可防止絕緣層及/或介電層的密著力(adhesion)的降低。
形成有前述加熱器部的絕緣層的表面的表面粗糙度(surface roughness)為Ra值6μm以下較佳。此情形，可消除塗佈導電性糊時的滲出，能以高的精度形成加熱器部。
前述熔射塗膜由自氧化物系陶瓷(oxide-based ceramic)、氮化物系陶瓷(nitride-based ceramic)及氟化物系陶瓷(fluoride-based ceramic)選擇的一種以上的材料構成較佳。此情形，可當作具備適當的導熱性及高的絕緣性的絕緣層，與具備高的導熱性、高的介電性(dielectricity)、耐電漿性(plasma resistance)及耐磨 耗性(wear resistance)的介電層。
本發明的靜電吸盤的製造方法，其特徵在於包含：在構成吸盤本體的基材部的晶圓保持側的表面熔射熔射材料形成第一絕緣層之第一絕緣層形成製程；藉由網版印刷法(screen printing method)、噴墨法(ink-jet method)及點膠法(dispenser method)的任一方法將導電性糊塗佈於前述第一絕緣層的晶圓保持側的表面，藉由燒成形成由導電性粒子的燒成體構成的加熱器部之加熱器部形成製程；在前述第一絕緣層及前述加熱器部的晶圓保持側的表面熔射熔射材料形成第二絕緣層之第二絕緣層形成製程；熔射於前述第二絕緣層的晶圓保持側的表面，或藉由網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法將導電性糊塗佈於前述第二絕緣層的晶圓保持側的表面，藉由燒成形成由熔射塗膜或導電性粒子的燒成體構成的電極部之電極部形成製程；以及在前述第二絕緣層及前述電極部的晶圓保持側的表面熔射熔射材料形成介電層之介電層形成製程，用以形成前述加熱器部的導電性糊的燒成後的殘渣量為5重量%以下。
依照本發明的靜電吸盤的製造方法，因在絕緣層形成製程與介電層形成製程，熔射熔射材料而形成有絕緣層及介電層，在加熱器部形成製程，藉由網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法將導電性糊塗佈於絕緣層的表面，形成有由導體構成的加熱器部，在電極部形成製程，熔射於絕緣層的表面，或藉由網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法將導電性糊塗佈於絕緣層的表面而形成有電極部， 故在基材部可不使用接著劑而配設絕緣層、介電層及電極部，也可降低加熱器部的體積電阻率。
若殘渣量少的話，可防止導體之加熱器部與絕緣層及/或介電層的密著力的降低。
如上述依照本發明，因絕緣層及介電層由熔射塗膜構成，並且電極部藉由熔射形成或塗佈導電性糊而形成，故可不使用接著劑而在基材部配設絕緣層、介電層及電極部，因加熱器部藉由將導電性糊塗佈於絕緣層的表面而形成，加熱器部由導體構成，故可降低加熱器部的體積電阻率。因此，可消除使用接著劑的情形下的缺點，且可提高設計的自由度。
1‧‧‧靜電吸盤
2‧‧‧基材部
2a、3a、5a、7a‧‧‧表面
3‧‧‧第一絕緣層
4‧‧‧加熱器部
4s‧‧‧外側加熱器
4u‧‧‧內側加熱器
5‧‧‧第二絕緣層
6‧‧‧電極部
7‧‧‧介電層
8‧‧‧包覆層
9‧‧‧氣體孔
10‧‧‧第一供電銷
10a、11a‧‧‧上端面
11‧‧‧第二供電銷
12‧‧‧冷卻路徑
50‧‧‧真空室
51‧‧‧晶圓
52‧‧‧氣體導入裝置
53‧‧‧上部電極
54‧‧‧高頻電源
t1‧‧‧第一絕緣層3的厚度
t2‧‧‧第二絕緣層5的厚度
t3‧‧‧電極部6的厚度
t4‧‧‧介電層7的厚度
t5‧‧‧加熱器部4的厚度
圖1是顯示與本發明的一實施形態有關的靜電吸盤被設置於真空室(vacuum chamber)內的狀態之模式圖。
圖2是靜電吸盤之剖面模式圖。
圖3是顯示加熱器部之平面模式圖。
以下針對本發明的實施形態參照圖面進行說明。圖1是顯示與本發明的一實施形態有關的靜電吸盤1被設置於真空室50內的狀態之模式圖。如圖1在真空室50內配設 有用以保持晶圓51的靜電吸盤1，藉由未圖示的運送臂等晶圓51被取出和放入真空室50的內外。在真空室50設置有氣體導入裝置52及/或上部電極53等。靜電吸盤1也兼具下部電極，在該下部電極(靜電吸盤1)與上部電極53連接有高頻電源54。一將高頻施加於下部電極1與上部電極53之間，被導入的處理氣體就被電漿化，藉由所產生的電漿的離子被引入晶圓51而進行蝕刻，此時晶圓51的溫度上升。
圖2是靜電吸盤1之剖面模式圖。本實施形態的靜電吸盤1包含：構成用以保持晶圓51的吸盤本體之基材部2；形成於該基材部2之晶圓保持側的表面2a之第一絕緣層3；形成於第一絕緣層3的表面3a之由導體構成的加熱器部4；形成於第一絕緣層3的表面3a以覆蓋加熱器部4之第二絕緣層5；形成於第二絕緣層5的表面5a之電極部6；形成於最外層以覆蓋電極部6之介電層7。
靜電吸盤1的外側藉由由Al2O3熔射塗膜構成的包覆層8包覆，以使電漿的影響不會及於靜電吸盤1自身。
在靜電吸盤1形成有貫通於圖2上下方向的氣體孔9，該氣體孔9連接於形成於介電層7的表面7a之未圖示的冷卻溝。例如氦氣通過氣體孔9被導入晶圓51與靜電吸盤1之間。因真空室50內被減壓，故由晶圓51到靜電吸盤1的導熱性低。藉由將氣體導入晶圓51與靜電吸盤1之間，將熱由晶圓51傳導到靜電吸盤1，據此確保晶圓51的冷卻效果。
由導體構成的加熱器部4藉由通電而發熱。用以將電力送至該加熱器部4的第一供電銷10貫通第一絕緣層3及基材部2並電連接於該加熱器部4，給予該加熱器部4的輸出被調節。用以將電力送至電極部6的第二供電銷11貫通第二絕緣層5、第一絕緣層3及基材部2並電連接於該電極部6，電壓之施加於該電極部6被調節。在基材部2中形成有通過冷媒之冷卻路徑12，以藉由通過該冷卻路徑12的冷媒使該基材部2被冷卻。
本實施形態的基材部2是藉由鋁合金構成，惟構成基材部2的材料不被限定，可採用鈦合金、銅合金、不銹鋼(stainless steel)、碳、AlN陶瓷等的陶瓷類或Al2O3-Al複合材(composite)等的複合材。流到基材部2的冷卻路徑12的冷媒的溫度為-20~50℃。該冷媒的溫度依照冷卻晶圓51的速度與加熱器部4的加溫能力而被調整。
形成於基材部2的表面2a的第一絕緣層3是由藉由熔射形成的Al2O3熔射塗膜構成，使基材部2與加熱器部4絕緣。形成於第一絕緣層3的表面3a以覆蓋加熱器部4之第二絕緣層5是由藉由熔射形成的Al2O3熔射塗膜構成，使加熱器部4與電極部6絕緣。本實施形態的第一絕緣層3的厚度t1及第二絕緣層5的厚度t2為50~400μm。可藉由變更第一絕緣層3及第二絕緣層5的厚度及/或原料，控制由該第一絕緣層3及第二絕緣層5產生的排熱效率(heat extraction efficiency)。
若使第一絕緣層3的厚度t1及第二絕緣層5的厚度 t2變薄，使原料成高熱傳導係數(heat conduction coefficient)，則可提高排熱效率。排熱效率一被提高，晶圓51的冷卻速度就提高。另一方面，因藉由第一絕緣層3的厚度t1變薄，使基材部2容易奪去加熱器部4的熱，故需使加熱器部4高輸出化。若使第一絕緣層3的厚度t1及第二絕緣層5的厚度t2變厚，使原料成低熱傳導係數，則可降低排熱效率。具有低的熱傳導係數的代表的原料有PSZ(部分穩定氧化鋯(Partially Stabilized Zirconia))。一降低排熱效率，晶圓51的冷卻速度就下降。另一方面，因藉由第一絕緣層3的厚度t1變厚，或原料成低熱傳導係數，使基材部2難以奪去加熱器部4的熱，故無需使加熱器部4高輸出化。例如當晶圓51的冷卻速度過大時，使第一絕緣層3的厚度t1及第二絕緣層5的厚度t2變厚，使原料成低熱傳導係數的話即可，此情形可降低加熱器部4的最大輸出(maximum output)。
形成於第二絕緣層5的表面5a的電極部6是由藉由熔射形成的鎢熔射塗膜構成。藉由電壓被施加於電極部6，晶圓51被吸附於靜電吸盤1。形成於第二絕緣層5的表面5a以覆蓋電極部6之介電層7是由藉由熔射形成的Al2O3熔射塗膜構成。本實施形態的電極部6的厚度t3為30~100μm，介電層7的厚度t4為50~400μm。
構成第一絕緣層3、第二絕緣層5及介電層7的Al2O3熔射塗膜是分別以大氣電漿熔射法將Al2O3熔射粉末熔射於基材部2、第一絕緣層3、第二絕緣層5的表面2a、3a、 5a而形成。構成電極部6的鎢熔射塗膜是以大氣電漿熔射法將鎢熔射粉末熔射於第二絕緣層5的表面5a而形成。用以得到Al2O3熔射塗膜及鎢熔射塗膜的熔射法不限於大氣電漿熔射法，也可以為低壓電漿熔射法、水電漿熔射法、高速及低速火焰熔射法。
熔射粉末是採用粒徑5~80μm的粒度範圍(size range)。其理由乃因若粒徑比5μm小的話，則粉末的流動性降低無法進行穩定的供給，塗膜的厚度變成不均勻，若粒徑超過80μm的話，則在未完全熔融下被成膜，過度地被多孔化而使膜質變粗糙。
構成第一絕緣層3、第二絕緣層5、電極部6及介電層7的各熔射塗膜的厚度t1、t2、t3、t4及加熱器部4的厚度t5的總和以200~1500μm的範圍較佳，更佳為300~1000μm的範圍。乃因在厚度未滿200μm下，該熔射塗膜的均勻性(uniformity)降低，無法充分地發揮塗膜功能，若超過1500μm的話，則因該熔射塗膜內的殘留應力(residual stress)的影響變大，該殘留應力導致機械強度(mechanical strength)的降低。
上述的各熔射塗膜為多孔體(porous body)，其平均孔隙率(mean porosity)以5~10%的範圍較佳。平均孔隙率依照熔射法及/或熔射條件而變化。在比5%小的孔隙率中，存在於各熔射塗膜內的殘留應力的影響變大，該殘留應力導致機械強度的降低。在超過10%的孔隙率中，半導體製程所使用的各種氣體容易侵入各熔射塗膜內，該各熔射塗 膜的耐久性(durability)降低。
在本實施形態中，雖然構成第一絕緣層3、第二絕緣層5及介電層7的各熔射塗膜的材料採用Al2O3，但其他的氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、硼化物系陶瓷或氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷、碳化物系陶瓷、硼化物系陶瓷的混合物也可以。其中以氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷及氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷、氟化物系陶瓷的混合物較佳。
氧化物系陶瓷在電漿蝕刻製程(plasma etching process)被使用的O系的電漿中穩定，在Cl系的電漿中也顯示比較良好的耐電漿性。因氮化物系陶瓷為高硬度，故與晶圓的摩擦造成的損傷少，磨耗粉等不易產生。而且，因熱傳導率(thermal conductivity)較高，故容易控制處理中的晶圓的溫度。氟化物系陶瓷在F系的電漿中穩定，可發揮優良的耐電漿性。
其他的氧化物系陶瓷的具體例可舉出TiO2、SiO2、Cr2O3、ZrO2、Y2O3、MgO、CaO。氮化物系陶瓷可舉出TiN、TaN、AlN、BN、Si3N4、HfN、NbN、YN、ZrN、Mg3N2、Ca3N2。氟化物系陶瓷可舉出LiF、CaF2、BaF2、YF3、AlF3、ZrF4、MgF2。
碳化物系陶瓷可舉出TiC、WC、TaC、B4C、SiC、HfC、ZrC、VC、Cr3C2。硼化物系陶瓷可舉出TiB2、ZrB2、HfB2、VB2、TaB2、NbB2、W2B5、CrB2、LaB6。關於第一絕緣層3及 第二絕緣層5，在上述之中也是使所需的導熱性與絕緣性兩立的材料特別適合，關於介電層7，在上述之中也是兼備導熱性(介電層的熱傳導率高的較佳)、介電性、耐電漿性及耐磨耗性的材料特別適合。
圖3是顯示加熱器部4之平面模式圖。由導體構成的加熱器部4是藉由網版印刷法將導電性糊塗佈於第一絕緣層3的表面3a而形成。導電性糊的塗佈方法不限於網版印刷法，也可以使用噴墨法、點膠法。若以網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法塗佈導電性糊形成加熱器部4，則可不使用接著劑，且以簡單的操作將加熱器部4形成於第一絕緣層3的表面3a。
導電性糊一般有將銀粉等的金屬粉或碳粉等的導體分散於醇酸樹脂(alkyd resin)、環氧樹脂(epoxy resin)等的黏結劑(binder)，而在本實施形態中是採用幾乎不包含黏結劑的無黏結劑型(binderless type)的導電性糊。在該導電性糊，硬化後的殘渣量較佳為5重量%以下，更佳為1重量%以下者被選擇。此外，無黏結劑型的導電性糊的硬化後的體積電阻率例如為4×10-6(Ω cm)、1×10-5(Ω cm)，黏結劑型的導電性糊的硬化後的體積電阻率例如為8×10-5(Ω cm)、2×10-5(Ω cm)，鎢熔射塗膜的體積電阻率例如為2×10-4(Ω cm)。
若以硬化後的殘渣量多的含黏結劑型的導電性糊形成加熱器部，則在熔射於加熱器部之上時黏結劑燃燒或熔融了。其結果，加熱器部與熔射於其上的熔射塗膜的密著力 降低，或者會損及加熱器部的性能。如本實施形態，若使用幾乎不包含黏結劑，硬化後的殘渣量極少的無黏結劑型的導電性糊，則可防止加熱器部4與熔射於其上的第二絕緣層5的密著力的降低，也不會損及加熱器部4的性能。
硬化後的殘渣量少的導電性糊的多數是藉由燒成使金屬粒子融合當作導體，若減小粒徑，則比表面積(specific surface area)也跟著變大，所以粒徑小的較容易使其融合。因此，若使用具有更小的粒徑的導電性糊，則能以只有那麼低的燒成溫度形成加熱器部4。在本實施形態使用的銀糊是藉由界面活性劑(surfactant)等使銀的奈米粉體(nanopowder)分散於水或有機溶劑，因在低溫分解蒸發，故能以較低的溫度燒成。
導電性糊除了硬化後的殘渣量及/或體積電阻率之外，也依照構成基材部2的材料被選擇。如本實施形態，當基材部2以鋁合金構成時，硬化所需的燒成溫度較佳為200℃以下，更佳為150℃以下的導電性糊被選擇。當基材部2以鈦合金構成時，燒成溫度較佳為300℃以下的導電性糊被選擇。乃因在基材部2的表面2a形成有第一絕緣層3，藉由將導電性糊網版印刷於該第一絕緣層3的表面3a，故若導電性糊的燒成溫度過高的話，則基材部2與第一絕緣層3的熱膨脹係數的差變大，在第一絕緣層3發生了破裂。
導電性糊不被限定，例如金、銀、鉑、鈀等的貴金屬；鎢、鉬、鎳、鉻、鐵、銅、鋁、鈦等的金屬；由金、銀、 鉑、鈀等的貴金屬，鎢、鉬、鎳、鉻、鐵、銅、鋁、鈦等的金屬的合金構成的金屬粒子被使用。在實施形態中，導電性糊採用銀糊，依照半導體製程的處理溫度、蝕刻氣體的種類、藥液的種類等選擇最佳的導電性糊。
形成有加熱器部4的第一絕緣層3的表面3a的表面粗糙度為Ra值6μm以下較佳，Ra值3μm以下更佳。若Ra值超過6μm，則在塗佈導電性糊時產生滲出，加熱器部的配線變成不鮮明。因加熱器部的剖面積變化，故電阻值部分地大大地變化而產生異常發熱。而且，有接鄰的加熱器部的配線彼此短路的可能性。藉由第一絕緣層3的表面3a的表面粗糙度以Ra值6μm以下，可消除塗佈導電性糊時的滲出，能以高的精度形成加熱器部4。為了得到形成於第一絕緣層3的表面3a的第二絕緣層5的良好的密著力，以Ra值1~3μm的表面粗糙度較佳。
如圖3，加熱器部4是藉由呈同心圓狀的內側加熱器4u與位於其外側的外側加熱器4s構成。加熱器部4的構成不被限定，依照加熱的區域以一個加熱器構成也可以，或者以三個以上的加熱器構成也可以。當以一個加熱器構成時，例如在外側的區域僅配設一周也可以。在本實施形態中，可藉由各自獨立控制內側加熱器4u與外側加熱器4s，使靜電吸盤1的內側的區域與外側的區域升溫至互異的溫度。
加熱器部4被設計，以便依照用以調整晶圓51的溫度的必要的輸出決定厚度、線寬、線長及體積電阻率而位於 規定的電阻值。但是，實際上因存在形成加熱器部4時的變動，故有不成為照設計的那樣的電阻值的情形。特別是厚度及線寬很重要，當厚度或線寬局部地變大時，由於該部分的電阻值降低而變得難以發熱，在晶圓51產生了溫度低的部分。
在那樣的情形下，形成加熱器部4後，檢測電阻值變低的部分，刮掉加熱器部4的一部分並進行修正厚度或線寬的修整(trimming)，使電阻值位於規定的範圍。為了檢測電阻值低的部分，例如有每一某區間以4端子法計測電阻值，或對加熱器部4通電並以熱影像檢查裝置(thermocamera)等確認發熱狀態之方法。修整是藉由雷射加工或機械的刮入等而進行。
實際上因加工量與電阻值的變化為非線性的，故很難僅藉由刮掉電阻值低的部分而充分降低各部分的電阻值的變動。為了精度更佳地進行修整，在修整加工中監視電阻值或發熱狀態的變化較佳。例如，每一某區間以4端子法計測了電阻值時，將哪一部位修整成幾Ω的話較佳可得知。一邊監視該部位的電阻值，一邊進行修整加工，在監視的電阻值成為所需的電阻值時結束修整加工。其他的方法，也可以在靜電吸盤內配設熱擴散板以減少溫度不均。
在形成加熱器部4前，預先使將電力送至該加熱器部4的第一供電銷10貫通基材部2及第一絕緣層3，使該第一供電銷10的上端面10a露出到該第一絕緣層3的表面3a。然後，藉由將加熱器部4網版印刷於第一絕緣層3的 表面3a，使第一供電銷10與加熱器部4被電連接。電極部6的情形也一樣，預先使將電力送至該電極部6的第二供電銷11貫通基材部2、第一絕緣層3及第二絕緣層5，使該第二供電銷11的上端面11a露出到該第二絕緣層5的表面5a。然後，藉由將電極部6熔射於第二絕緣層5的表面5a，使第二供電銷11與電極部6被電連接。
內側加熱器4u與外側加熱器4s各自被以2mm的線寬d配線成細長狀。內側加熱器4u與外側加熱器4s的線寬d為5mm以下較佳，2mm以下更佳。乃因第二絕緣層5與加熱器部4的密著力比第二絕緣層5與第一絕緣層3的密著力低，故加熱器部4的線寬d超過5mm，第一絕緣層3的表面3a的露出範圍變少的話，第二絕緣層5的密著力會降低。
各加熱器4u、4s的線間距離f為1mm以上較佳，2mm以上更佳。乃因各加熱器4u、4s的線間距離f過小的話會短路。而且，乃因第二絕緣層5與加熱器部4的密著力比第二絕緣層5與第一絕緣層3的密著力低，故各加熱器4u、4s的線間距離f小，第一絕緣層3的表面3a的露出範圍變少的話，第二絕緣層5的密著力會降低。
給予加熱器部4的輸出的調整使用閘流體(thyristor)及/或反相器(inverter)等，為了得到所需的升溫狀態，例如100kW/m2左右的電力被輸出到該加熱器部4。藉由使溫度感測器內裝於靜電吸盤1內的所需部位，檢測各部位的溫度，或以非接觸檢測晶圓51的溫度，對加熱器部4進行 回饋控制(feedback control)也可以。
靜電吸盤1是藉由具備以下的製程之靜電吸盤的製造方法製造。也就是說，包含如下的製程之靜電吸盤的製造方法：在構成用以保持晶圓51的吸盤本體的基材部2的表面2a，熔射熔射材料形成第一絕緣層3及第二絕緣層5之絕緣層形成製程；藉由網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法將導電性糊塗佈於第一絕緣層3的表面3a，形成由導體構成的加熱器部4之加熱器部形成製程；將熔射材料熔射於第二絕緣層5的表面5a形成電極部6之電極部形成製程；將熔射材料熔射於第二絕緣層5的表面5a形成介電層7以覆蓋電極部6之介電層形成製程。
依照本實施形態的靜電吸盤1及其製造方法，因第一絕緣層3、第二絕緣層5、電極部6及介電層7藉由熔射塗膜構成，故可不使用接著劑而在基材部2配設第一絕緣層3、第二絕緣層5、電極部6及介電層7。因此，可消除接著劑的使用造成的響應的降低，或因電漿造成的消耗損及導熱性而無法冷卻的問題。當使用綠片製作靜電吸盤時，由於玻璃成分或燒結助劑(sintering additive)的存在而使雜質變多，惟在不使用玻璃成分或燒結助劑的本實施形態的靜電吸盤1中，可盡量減少雜質。而且，在使靜電吸盤1大型化的情形下，能以比使用將綠片燒成的燒結構件製造還低的成本製作。
當藉由熔射形成了加熱器部4時，相對於體積電阻率變大，需盡可能使配線變厚、變寬闊且變短以對應大電力， 因藉由塗佈了導電性糊的導體形成加熱器部4，故加熱器部4的體積電阻率變低。因體積電阻率低，故可提高加熱器部4的設計的自由度。據此即使拉長加熱器部4的配線，也能當作薄且寬度窄的形狀，可防止第一絕緣層3與加熱器部4的熱膨脹係數的差造成的該加熱器部4的破裂或剝離。由於無須使加熱器部4的配線變寬闊，故可加大線間距離f，容易確保形成例如推銷孔及/或冷卻氣體孔的空間。而且，可確保第二絕緣層5與第一絕緣層3的充分的密著力。再者，可比藉由熔射形成的情形還減少發熱狀態的變動，可精度佳地控制晶圓51的溫度。
上述實施形態為舉例說明而不是限制的說明。例如替換加熱器部與電極部的位置也可以。也就是說，為一種靜電吸盤，包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於該基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的第一絕緣層；熔射於該第一絕緣層的晶圓保持側的表面而形成之電極部；形成於第一絕緣層的晶圓保持側的表面以覆蓋該電極部之由熔射塗膜構成的第二絕緣層；將導電性糊塗佈於該第二絕緣層的晶圓保持側的表面而形成之由導體構成的加熱器部；形成於第二絕緣層的晶圓保持側的表面以覆蓋該加熱器部之由熔射塗膜構成的介電層。
使加熱器部與電極部形成於相同層也可以。也就是說，為一種靜電吸盤，包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於該基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的絕緣層；將導電性糊塗佈於該絕緣層的晶圓保 持側的表面而形成之由導體構成的加熱器部；熔射於上述絕緣層的晶圓保持側而形成之電極部；形成於上述絕緣層的晶圓保持側的表面以覆蓋該等電極部及加熱器部之由熔射塗膜構成的介電層。
使加熱器部兼具電極部也可以。也就是說，為一種靜電吸盤，包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於該基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的絕緣層；將導電性糊塗佈於該絕緣層的晶圓保持側的表面而形成之由導體構成的加熱器部(電極部)；形成於上述絕緣層的晶圓保持側的表面以覆蓋該加熱器部之由熔射塗膜構成的介電層。
在上述的各構成的靜電吸盤中，絕緣層、加熱器部、電極部及介電層也可藉由與上述實施形態一樣的方法形成，不存在使用接著劑的情形下的缺點，並且設計的自由度高而構成。在上述實施形態中，雖然絕緣層及介電層以三層構造，但如上述構成，絕緣層及介電層以二層構造，或以四層以上的構造將加熱器部或電極部形成二層以上的各層也可以。電極部、供電銷、氣體孔及冷卻路徑的形態可依照半導體製程適宜變更。晶圓接觸的介電層的表面以壓花(emboss)狀而控制吸附性也可以。藉由靜電吸盤保持的對象物為哪一種東西都可以，除了晶圓之外，也可以舉出平面面板顯示器(flat panel display)的玻璃基板等。
與加熱器部一樣藉由導電性糊形成電極部也可以。此情形的電極部是藉由網版印刷法、噴墨法或點膠法塗佈導 電性糊而形成。而且，利用靜電吸盤進行的靜電吸附的方式不限於利用上述各實施形態的庫侖力的方式，也可以為例如利用梯度力(gradient force)或Johnsen-Rahbek力(Johnsen-Rahbek force)的方式。
[實施例]
以下藉由實施例更詳細地說明本發明。此外，本發明不是被限定於以下的實施例。實施例1~4是製作在上述實施形態的圖2所示的靜電吸盤，比較例1~8是製作在上述實施形態的圖2所示的靜電吸盤之中塗佈導電性糊而形成加熱器部，與進行熔射而形成加熱器部者，實施了施工的可否的判定、耐熱溫度試驗、施加5000W試驗。實施例1~4及比較例1~8的表面以#400研磨精加工，加熱器以1槽(channel)、5000W規格，基材以φ 300的鋁合金，全都以無修整。顯示各實施例及各比較例的製作條件於表1。
說明製作5000W規格的加熱器部的情形的膜厚的計算例。商業電源的電壓為200V，因此電流值為5000÷200=25A。為了施加200V使25A流過，加熱器部的端子間的電阻值R成為200÷25=8Ω。若以線寬：3mm、間距(pitch)6mm(線間距離3mm)在φ 300的基材上將加熱器部配置成同心圓狀，則全長L成為約11310mm，以以下的公式使電阻值R成為8Ω而依照體積電阻率ρ決定膜厚(剖面積÷線寬)。剖面積=體積電阻率ρ×全長L÷電阻值R。
耐熱溫度試驗是以靜置於恆溫機(基材無冷卻)，由室溫以2℃/分升溫時，在塗膜外觀發生破裂的溫度。施加 5000W試驗是一邊將基材的背面冷卻到20℃，一邊將5000W的電力投入加熱器部，保持10分鐘。表2的×記號是表示在中途加熱器部燃燒造成的斷線，或者在試驗前後加熱器部全體的電阻值的大的變化，或熔射第二絕緣層以後，超過其前後中的電阻值的10%的變動。
顯示結果於表2。在實施例中任一個都可施工，耐熱溫度為180℃，施加5000W試驗也良好。相對於此，在比較例中，無法施工的情形多，即使可施工，耐熱溫度也低，即使是施加5000W試驗也看到了電阻值的上升。
1‧‧‧靜電吸盤
2‧‧‧基材部
2a、3a、5a、7a‧‧‧表面
3‧‧‧第一絕緣層
4‧‧‧加熱器部
5‧‧‧第二絕緣層
6‧‧‧電極部
7‧‧‧介電層
8‧‧‧包覆層
9‧‧‧氣體孔
10‧‧‧第一供電銷
10a、11a‧‧‧上端面
11‧‧‧第二供電銷
12‧‧‧冷卻路徑
51‧‧‧晶圓
t1‧‧‧第一絕緣層3的厚度
t2‧‧‧第二絕緣層5的厚度
t3‧‧‧電極部6的厚度
t4‧‧‧介電層7的厚度
t5‧‧‧加熱器部4的厚度

Claims (4)

  1. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於該基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的第一絕緣層；形成於該第一絕緣層的晶圓保持側的表面之由導電性粒子的燒成體構成的加熱器部；形成於該第一絕緣層及該加熱器部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的第二絕緣層；形成於該第二絕緣層的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜或導電性粒子的燒成體構成的電極部；以及形成於該第二絕緣層及該電極部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的介電層，該加熱器部以5mm以下的線寬配線成細長狀，並且形成有該加熱器部的該第一絕緣層表面的表面粗糙度為Ra值6μm以下。
  2. 一種靜電吸盤，其特徵在於包含：構成用以保持晶圓的吸盤本體之基材部；形成於該基材部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的絕緣層；形成於該絕緣層的晶圓保持側的表面之由導電性粒子的燒成體構成的加熱器部；形成於該絕緣層的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜或 導電性粒子的燒成體構成的電極部；以及形成於該絕緣層、該加熱器部及該電極部的晶圓保持側的表面之由熔射塗膜構成的介電層，該加熱器部以5mm以下的線寬配線成細長狀，並且形成有該加熱器部的該絕緣層表面的表面粗糙度為Ra值6μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之靜電吸盤，其中該熔射塗膜由自氧化物系陶瓷、氮化物系陶瓷及氟化物系陶瓷選擇的一種以上的材料構成。
  4. 一種靜電吸盤的製造方法，其特徵在於包含：在構成吸盤本體的基材部的晶圓保持側的表面熔射熔射材料形成第一絕緣層之第一絕緣層形成製程；藉由網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法將導電性糊塗佈於該第一絕緣層的晶圓保持側的表面，藉由燒成形成由導電性粒子的燒成體構成的加熱器部之加熱器部形成製程；在該第一絕緣層及該加熱器部的晶圓保持側的表面熔射熔射材料形成第二絕緣層之第二絕緣層形成製程；熔射於該第二絕緣層的晶圓保持側的表面，或藉由網版印刷法、噴墨法及點膠法的任一方法將導電性糊塗佈於該第二絕緣層的晶圓保持側的表面，藉由燒成形成由熔射塗膜或導電性粒子的燒成體構成的電極部之電極部形成製程；以及在該第二絕緣層及該電極部的晶圓保持側的表面熔射 熔射材料形成介電層之介電層形成製程，用以形成該加熱器部的導電性糊的燒成後的殘渣量為5重量%以下。
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